【正文】 系的傳動(dòng)比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比 0?i 和轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比 pi 。 23 轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比 : FFi Wp /2? （ 45） 轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比 : kkkw dddtd dtdi ??????? ??? //0 （ 46） 轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比 0?i 由轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比 ?i 和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比 ?i? 組成，即 ??? iii ??0 （ 47） 轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比 : pppw dddtd dtdi ??????? ??? // （ 48） 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的角傳動(dòng)比 : kpkpkp dddtd dtdi ??????? ???? // （ 49） 力傳動(dòng)比與轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比的關(guān)系 轉(zhuǎn)向阻力 FW 與轉(zhuǎn)向阻力矩 Mr的關(guān)系式： aMFw r? （ 410） 作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的手力 Fh 與作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的力矩 Mh 的關(guān)系式： swhh DMF 2? （ 411） 將式（ 410）、式（ 411）代入 hWp FFi /2? 后得到 aMDMi h swrp ? （ 412） 如果忽略磨擦損失，根據(jù)能量守恒原理， 2Mr/Mh可用下式表示 02 ??? iddMM khr ?? （ 413） 將式（ 410）代入式（ 411）后得到 24 aDii swp 20?? （ 414） 當(dāng) a 和 Dsw不變時(shí)，力傳動(dòng)比 pi 越大，雖然轉(zhuǎn)向越輕，但 0?i 也越大，表明轉(zhuǎn)向不靈敏。 轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比的選擇 轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比可以設(shè)計(jì)成減小、增大或保持不變的。影響選取角傳動(dòng)比變化規(guī)律的主要因素是轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷大小和對(duì)汽車(chē)機(jī)動(dòng)能力的要求。 若轉(zhuǎn) 向軸負(fù)荷小或采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向的汽車(chē)，不存在轉(zhuǎn)向沉重問(wèn)題，應(yīng)取較小的轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比，以提高汽車(chē)的機(jī)動(dòng)能力。若轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷大，汽車(chē)低速急轉(zhuǎn)彎時(shí)的操縱輕便性問(wèn)題突出，應(yīng)選用大些的轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比。 汽車(chē)以較高車(chē)速轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，要求轉(zhuǎn)向輪反應(yīng)靈敏，轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比應(yīng)當(dāng)小些。汽車(chē)高速直線行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向盤(pán)在中間位置的轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比不宜過(guò)小。否則轉(zhuǎn)向過(guò)分敏感，使駕駛員精確控制轉(zhuǎn)向輪的運(yùn)動(dòng)有困難。 轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比變化曲線應(yīng)選用大致呈中間小兩端大些的下凹形曲線，如圖 31所示。 圖 41 轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比變化特性曲線 轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副的 傳動(dòng)間隙△ t 傳動(dòng)間隙是指各種轉(zhuǎn)向器中傳動(dòng)副之間的間隙。該間隙隨轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角的大小不同而改變，并把這種變化關(guān)系稱為轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副傳動(dòng)間隙特性（圖 42）。 研究該特性的意義在于它與直線行駛的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向器的使用壽命有關(guān)。 傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙在轉(zhuǎn)向盤(pán)處于中間及其附近位置時(shí)要極小，最好無(wú)間隙。若轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副存在傳動(dòng)間隙，一旦轉(zhuǎn)向輪受到側(cè)向力作用，車(chē)輪將偏離原行駛位置，使汽車(chē)失去穩(wěn)定。 傳動(dòng)副在中間及其附近位置因使用頻繁，磨損速度要比兩端快。在中間附近位置因磨損造成的間隙過(guò)大時(shí)，必須經(jīng)調(diào)整消除該處間隙。 為此，傳動(dòng)副傳 動(dòng)間隙特性應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)成圖 42 所示的逐漸加大的形狀。 25 圖 42 轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副傳動(dòng)間隙特性 轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副傳動(dòng)間隙特性 圖中曲線 1 表明轉(zhuǎn)向器在磨損前的間隙變化特性；曲線 2表明使用并磨損后的間隙變化特性，并且在中間位置處已出現(xiàn)較大間隙；曲線 3 表明調(diào)整后并消除中間位置處間隙的轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)間隙變化特性。 轉(zhuǎn)向盤(pán)的總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù) 轉(zhuǎn)向盤(pán)從一個(gè)極端位置轉(zhuǎn)到另一個(gè)極端位置時(shí)所轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)稱為轉(zhuǎn)向盤(pán)的總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)。它與轉(zhuǎn)向輪的最大轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比有關(guān)，并影響轉(zhuǎn)向的操縱輕便性和靈敏性。轎車(chē)轉(zhuǎn)向盤(pán)的總轉(zhuǎn)動(dòng) 圈 數(shù)較少，一般約在 圈以內(nèi)；貨車(chē)一般不宜超過(guò) 6 圈。 第五章 機(jī)械式轉(zhuǎn)向器方案分析及設(shè)計(jì) 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器由與轉(zhuǎn)向軸做成一體的轉(zhuǎn)向齒輪和常與轉(zhuǎn)向橫拉桿做成一體的齒條組成。與其他形式的轉(zhuǎn)向器比較，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器最主要的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊；殼體采用鋁合金或鎂合金壓鑄而成，轉(zhuǎn)向器的質(zhì)量比較?。粋鲃?dòng)效率高達(dá) 90%；齒輪與齒條之間因磨損出現(xiàn)間隙以后，利用裝在齒條背部、靠近主動(dòng)小齒輪處的壓緊力可以調(diào)節(jié)的彈簧。能自動(dòng)消除齒間間隙，這不僅可以提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的剛度。還可以防止工作時(shí)產(chǎn)生沖擊和噪聲；轉(zhuǎn)向器占用的體 積?。粵](méi)有轉(zhuǎn)向搖臂和直拉桿，所以轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角可以增大；制造成本低。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要缺點(diǎn)是：因逆效率高，汽車(chē)在不平路面上行駛時(shí)，發(fā)生在轉(zhuǎn)向輪與路面之間沖擊力的大部分能傳至轉(zhuǎn)向盤(pán)，稱之為反沖。反沖現(xiàn)象會(huì)使駕駛員精神緊張，并難以準(zhǔn)確控制汽車(chē)行駛方向，轉(zhuǎn)向盤(pán)突然轉(zhuǎn)動(dòng)又會(huì)造成打手，同時(shí)對(duì)駕駛員造成傷害。 根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點(diǎn)不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向起有四種形式 ，如圖 51 所示 ：中間輸入，兩端輸出 (a)；側(cè)面輸入，兩端輸出 (b)；側(cè)面輸入，中間輸出 (c)；側(cè)面輸入，一端輸出 (d)。 26 圖 51 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向起有四種形式 采用側(cè)面輸入，中間輸出方案時(shí)，與齒條連的左，右拉桿延伸到接近汽車(chē)縱向?qū)ΨQ平面附近。由于拉桿長(zhǎng)度增加，車(chē)輪上、下跳動(dòng)時(shí)拉桿擺角減小，有利于減少車(chē)輪上、下跳動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)向系與懸架系的運(yùn)動(dòng)干涉。拉桿與齒條用螺栓固定連接，因此，兩拉桿 會(huì) 與齒條同時(shí)向左或右移動(dòng)，為此在轉(zhuǎn)向器殼體上開(kāi)有軸向的長(zhǎng)槽，從而降低了它的強(qiáng)度。 采用兩端輸出方案時(shí)，由于轉(zhuǎn)向拉桿長(zhǎng)度受到限制，容易與懸架系統(tǒng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉。 側(cè)面輸入，一端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器， 常用在平頭貨車(chē)上。 采用 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器采用直齒圓柱齒輪與直齒齒條嚙合，則運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)降低，沖擊大，工作噪聲增加。此外，齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角只能是直角，為此因與總體布置不適應(yīng)而遭淘汰。采用斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，重合度增加，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，沖擊與工作噪聲均下降，而且齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角易于滿足總體設(shè)計(jì)的要求。因?yàn)樾饼X工作時(shí)有軸向力作用，所以轉(zhuǎn)向器應(yīng)該采用推力軸承，使軸承壽命降低，還有斜齒輪的滑磨比較大是它的缺點(diǎn)。 齒條斷面形狀有圓形、 V形和 Y 形三種。圓形斷面齒條的制作工藝比較簡(jiǎn)單 。 V 形和 Y形斷面齒條與圓形斷面比較，消耗的材料少，約節(jié)省 20%，故質(zhì)量?。晃挥邶X下面的兩斜面與齒條托座接觸，可用來(lái)防止齒條繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)； Y 形斷面齒條的齒寬可以做得寬些，因而強(qiáng)度得到增加。在齒條與托座之間通常裝有用減磨材料（如聚四氟乙烯）做的墊片，以減少滑動(dòng)摩擦。當(dāng)車(chē)輪跳動(dòng)、轉(zhuǎn)向或轉(zhuǎn)向器工作時(shí)，如在齒條上作用有能使齒條旋轉(zhuǎn)的力矩時(shí)，應(yīng)選用 V形和 Y形斷面齒條，用來(lái)防止因齒條旋轉(zhuǎn)而破壞齒輪、齒條的齒不能正確嚙合的情況出現(xiàn)。 為了防止齒條旋轉(zhuǎn)，也有在轉(zhuǎn)向器殼體上設(shè)計(jì)導(dǎo)向槽的，槽內(nèi)嵌裝導(dǎo)向塊，并將拉桿、 27 導(dǎo)向塊與齒條固定 在一起。齒條移動(dòng)時(shí)導(dǎo)向塊在導(dǎo)向槽內(nèi)隨之移動(dòng)，齒條旋轉(zhuǎn)時(shí)導(dǎo)向塊可防止齒條旋轉(zhuǎn)。要求這種結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向塊與導(dǎo)向槽之間的配合要適當(dāng)。配合過(guò)緊會(huì)為轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)向輪回正帶來(lái)困難，配合過(guò)松齒條仍能旋轉(zhuǎn)，并伴有敲擊噪聲。 根據(jù)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向梯形相對(duì)前軸位置的不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器在汽車(chē)上有四種布置：形式轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，后置梯形 (a)；轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，前置梯形(b)；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，后置梯形 (c)；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，前置梯形 (d)。 圖 52 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器在汽 車(chē)上有四種布置 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器廣泛應(yīng)用于乘用車(chē)上。車(chē)載質(zhì)量不大，前輪采用獨(dú)立懸架的貨車(chē)和客車(chē)有些也用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。 其他轉(zhuǎn)向器 有循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器，蝸桿指銷(xiāo)式轉(zhuǎn)向器等。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的主要缺點(diǎn)是：逆效率高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，制造精度要求高。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要用于商用車(chē)上。 蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的主要缺點(diǎn)是：正效率低；工作齒面磨損以后，調(diào)整嚙合間隙比較困難；轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比不能變化。 固定銷(xiāo)蝸桿指銷(xiāo)式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易； 但是因銷(xiāo)子不能自轉(zhuǎn)，銷(xiāo)子的工作 28 部位基本保持不變，所以磨 損快、工作效率低。旋轉(zhuǎn)銷(xiāo)式轉(zhuǎn)向器的效率高、磨損慢，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 所以我的設(shè)計(jì)選用 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器為動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器布置和結(jié)構(gòu)形式的選擇 圖 53 采用如圖所示的布置形式。 圖 54 采用 如圖所示的側(cè)面輸入兩端輸出的結(jié)構(gòu)形式。 數(shù)據(jù)的確定 根據(jù)以上的論述，本次設(shè)計(jì)初選數(shù)據(jù)如下 ： 輪距 1440mm 29 軸距 2750mm 滿載軸荷分配：前 /后 877/1643(kg) 總質(zhì)量 ma/kg 1255(kg) 輪胎 175/60R14（附 2） 主銷(xiāo)偏移距 a 50mm 輪胎壓力 p/MPa 方向盤(pán)直徑 SWD 307mm 最小轉(zhuǎn)彎半徑 轉(zhuǎn)向梯形臂 200mm 表 51 初選數(shù)據(jù) 參考 BJ121 型輕型載貨汽車(chē)底盤(pán)架構(gòu)和上海通用別克賽歐汽車(chē)轉(zhuǎn) 向操作機(jī)構(gòu) 5. 5 設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程 轉(zhuǎn)向輪側(cè)偏角計(jì)算 30 2750si n 0 .3 9 8 5 56900LR? ? ? ? (51) ??? 2750ta n 0 . 5 6 2 5 7c o s 6 9 0 0 c o s 1 4 4 0LRB? ??? ? ?? ? ? ? (52) ? ?? 轉(zhuǎn)向器參數(shù)選取 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的齒輪多采用斜齒輪 ，齒輪模數(shù)在 2~3mm 之間，主動(dòng)小齒輪齒數(shù)在5~7 之間，壓力角取 20???，螺旋角在 9 ~15??之間。故取小齒輪 1 6z? ， ? ， 10???右旋，壓力角 20???，精度等級(jí) 8 級(jí)。 31 轉(zhuǎn)向節(jié)原地轉(zhuǎn)向阻力矩： 3 313 30 . 7 ( 8 7 7 9 . 8 ) 3 4 2 9 . 1 9 73 3 0 . 2R GfM N m mP ?? ? ? ? (43) 方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù) ：1180c os2. 5 c os 29 .3 60 7 3. 88 16nLmnZ?? ? ?? ? ? (44) 角傳動(dòng)比 ： 3 6 0 3 . 8 8 1 3 6 0 2 6 . 4 3 7 2( ) ( 2 3 . 4 8 7 6 2 9 . 3 6 0 7 )Ww K ni ?? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ? (45) 方向盤(pán)上的手力 ： (46) 作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的操縱載荷 :對(duì)轎車(chē)該力不應(yīng)超過(guò) 150～ 200N，對(duì)貨車(chē)不應(yīng)超過(guò)500N。所以符合設(shè) 計(jì)要求 (47) 力傳動(dòng)比 ： (48) 取齒寬系數(shù) ?? ， 11 2 .5 6 1 5 .2 3 1 4c o s c o s 1 0nmzd m m? ?? ? ?? (49) 齒條寬 度 21 314 78db d mm?? ? ? ?圓整取 2 20b mm? ，則取齒 輪齒寬 32 12 10 30b b mm? ? ? 選擇齒輪 齒條材料 小齒輪：齒輪通常選用國(guó)內(nèi)常用、性能優(yōu)良的 20CrMnTi 合金鋼，熱處理采用表面滲碳淬火工藝，齒面硬度為 HRc58～ 63。而齒條選用與 20CrMnTi 具有較好匹配性的 40Cr 作為嚙合副，齒條熱處理采用高頻淬火工藝，表面硬度 HRc50～ 56。 強(qiáng)